微生物反应发酵过程是一种典型的间歇过程，利用微生物发酵技术的生产规模也随着科技的发展不断扩大。目前生物发酵技术己经在卫生医药、农林牧渔、轻工食品、新型能源等多个重要领域发挥着举足轻重的作用，例如医学上所使用的各种抗生素、生物酶制剂等，这些都是跟微生物的发酵工程紧密相关的。

考虑到生产要求和微生物发酵的特殊性，结合当下计算机软硬件技术，智能仪器仪表，决定采用基于西门子PLC和WinCC的综合自动化控制系统。^[1]

目前制造业正在经历一个快速变革的时代，面对激烈的市场竞争，企业必须提高生产过程自动化水平和产品质量。因此，对监视和控制生产过程以及对生产数据进行归档和进一步处理的要求在急剧增加。西门子组态软件WinCC无论从功能性、开放性还是现代化程度而言，都是满足新要求的最优系统平台。^[2]

1. 微生物发酵工艺

发酵过程中，为了能对生产过程进行必要的控制，需要对有关工艺参数进行定期取样测定或进行连续测量。反映发酵过程变化的参数可以分为两类：一类是可以直接采用特定的传感器检测的参数。它们包括反映物理环境和化学环境变化的参数，如温度、压力、搅拌功率、转速、泡沫、发酵液粘度、浊度、pH、离子浓度、溶解氧、基质浓度等，称为直接参数。另一类是至今尚难于用传感器来检测的参数，包括细胞生长速率、产物合成速率和呼吸嫡等。这些数据需要根据一些直接检测出来的参数，借助于电脑计算和特定的数学模型才能得到。因此这类参数被称为间接参数。上述参数中，对发酵过程影响较大的有温度、PH、溶解氧浓度等。

1) 温度

温度对发酵过程的影响是多方面的，它会影响各种酶反应的速率，改变菌体代谢产物的合成方向，影响微生物的代谢调控机制。除这些直接影响外，温度还对发酵液的理化性质产生影响，如发酵液的粘度、基质和氧在发酵液中的溶解度和传递速率、某些基质的分解和吸收速率等，进而影响发酵的动力学特性和产物的生物合成。工业生产上，所用的大发酵罐在发酵过程中一般不需要加热，因发酵中释放了大量的发酵热，在这种情况下通常还需要加以冷却，利用自动控制或手动调整的阀门，将冷却水通人夹套或蛇形管中，通过热交换来降温，保持恒温发酵。

2) PH值

PH 值对微生物的生长繁殖和产物合成的影响有以下几个方面：①影响酶的活性，当pH 值抑制菌体中某些酶的活性时，会阻碍菌体的新陈代谢；②影响微生物细胞膜所带电荷的状态，改变细胞膜的通透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢产物的排泄；③影响培养基中某些组分和中间代谢产物的离解，从而影响微生物对这些物质的利用；④PH 值不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。另外，PH 值还会影响某些霉菌的形态。发酵过程中，pH 值的变化取决于所用的菌种、培养基的成分和培养条件。培养基中的营养物质的代谢，是引起PH 值变化的重要原因，发酵液的pH 值变化乃是菌体产酸和产碱的代谢反应的综合结果。

3) 溶解氧浓度